《PLC基础与实训》教学课件《PLC基础与实训》5373资源包课题六液体混合控制系统

1、 课题六 液体混合控制系统课题六第1页，共73页。1典型工作任务2理论知识平台3工程实施4总结与练习5工程拓展 目 录Contents第2页，共73页。 学习目标掌握步进顺控指令的用法。2能根据控制要求用状态继电器编写顺序功能图、梯形图，并上机调试。3进一步提高PLC编程能力，能将PLC与生产过程自动化联系起来。1第3页，共73页。液体混合机在医药、食品、化工等行业中有着广泛的应用。以前的液体混合机的控制系统一般都采用继电器控制系统，但使用继电器控制不易适应这些行业耐热、防潮、抗震等特殊生产环境的要求。图6-1 液体自动混合装置因此以PLC为核心的液体混合控制系统的优势就表达出来了。另外，采用

2、PLC控制系统还可以大大降低工人的劳动强度，减少操作误差，提高产品质量。图6-1所示为液体自动混合装置。第4页，共73页。 本工程的主要任务是以图6-1所示的液体药剂混合机为例，运用PLC顺序控制设计中的步进顺控指令编程法，完成对液体自动混合装置的电气控制。图6-2所示为液体自动混合装置的示意图，其控制要求如下：图6-2 液体自动混合装置示意图第5页，共73页。1初始状态液体自动混合装置投入运行时，液体A、B阀门关闭，容器为放空关闭状态。2周期操作按下混合装置启动按钮SB1，液体自动混合装置开始按以下顺序工作： 1液体A阀门翻开，液体A流入容器，液位上升。2当液位上升到SL2时，SL2导通，关

3、闭液体A阀门，同时翻开液体B阀门，液体B开始流入容器。第6页，共73页。 3当液位上升到SL1时，关闭液体B阀门，搅拌电动机开始搅拌。4搅拌电动机工作20 s后停止搅拌，混合液阀门YV3翻开，放出混合液体。5当液位下降到SL3时，开始计时，且装置继续放液，将容器放空，计时满20 s后，混合液阀门YV3关闭，自动开始下一个周期。按下混合装置停止按钮SB2，在完成当前的工作循环后装置才停止操作。3停止操作第7页，共73页。 目 录Contents1典型工作任务2理论知识平台3工程实施4总结与练习5工程拓展第8页，共73页。一、状态继电器S状态继电器S用于记录系统的运行状态，是编制顺序控制程序的重要

4、编程元件。状态继电器应与步进顺控指令STL配合使用。表6-1 状态继电器的类型和地址编号类 型地址编号数 量用途及特点初始状态继电器S0S910供初始化使用回零状态继电器S10S1910供返回原点使用通用状态继电器S20S499480没有断电保持功能，但是可以用程序将它们设定为有断电保持功能断电保持状态继电器S500S899400具有停电保持功能，断电再启动后，可继续执行报警用状态继电器S900S999100用于故障诊断和报警FX2N系列PLC内部的状态继电器共有1 000个，其类型和地址编号见表6-1。第9页，共73页。5通用状态继电器和断电保持状态继电器的地址编号分配可通过改变参数来设置。

5、 4供报警用的状态继电器可用于外部故障诊断的输出。3不使用步进顺控指令时，状态继电器可与辅助继电器一样使用。 2状态继电器与辅助继电器一样，有很多常开和常闭触点。 1状态继电器的编号必须在指定的类别范围内使用。在使用状态继电器时，需要注意以下几个方面：第10页，共73页。二、步进顺控指令STL、RET1STL指令STL指令称为“步进开始指令，它与母线直接连接，表示步进顺控开始。STL的操作元件为S0S899。2RET指令RET指令称为“步进结束指令，表示步进顺控结束，用于顺序功能图结束返回主程序。RET无操作元件。1指令功能第11页，共73页。使用STL指令的状态继电器的常开触点称为STL触点

6、。从图6-3可以看出顺序功能图、步进梯形图和指令表的对应关系。2编程实例a顺序功能图图6-3 顺序功能图、步进梯形图和指令表b步进梯形图c指令表第12页，共73页。3指令使用说明l每一个状态继电器具有三种功能：对负载的驱动处理、指定转换条件和指定转换目标，如图6-3a所示。2STL触点与左母线连接，与STL相连的起始触点要使用LD或LDI指令。使用STL指令后，相当于母线右移至STL触点的右侧，形成子母线，一直到出现下一条STL指令或者出现RET指令为止。对负载的驱动处理指定转换条件指定转换目标RET指令使右移后的子母线返回原来的母线，表示顺控结束。使用STL指令为新的状态置位时，前一状态自动

7、复位。步进触点指令只用于常开触点。第13页，共73页。每一状态的转换条件由指令LD或LDI引入，当转换条件有效时，该状态由置位指令激活，并由步进指令进入该状态，接着列出该状态下的所有根本顺控指令及转换条件。在STL指令后出现RET指令，那么说明步进顺控过程结束。3STL触点可以直接驱动或通过别的触点驱动Y、M、S、T等元件的线圈和应用指令。第14页，共73页。4由于CPU只执行活动步对应的电路块，所以使用STL指令时允许双线圈输出，即不同的STL触点可以分别驱动同一编程元件的一个线圈。但是，同一元件的线圈不能在同时为活动步的STL区内出现，在有并行序列的顺序功能图中应特别注意这一问题。5在步进

8、顺控程序中使用定时器时，不同状态内可以重复使用同一编号的定时器，但相邻状态除外。第15页，共73页。三、步进顺控指令单序列结构的编程方法如图6-3所示，该系统的一个周期由3步组成，它们分别是S0、S20和S21，步S0代表初始步。当PLC通电进入RUN状态时，初始化脉冲M8002的常开触点闭合一个扫描周期，梯形图第一行的SET指令将初始步S0置为活动步。除初始状态外，其余的状态必须用STL指令来引导。第16页，共73页。在梯形图中，每一个状态的转换条件由指令LD或LDI引入，当转换条件有效时，该状态由置位指令SET激活，并由步进指令进入该状态，接着列出该状态下的所有根本顺控指令及转换条件。在梯

9、形图的第二、三行，S0的STL触点与转换条件X0的常开触点代表转换实现的两个条件。当初始步S0为活动步，X0的常开触点闭合，即转换实现的两个条件同时满足时，置位指令“SET S20被执行，后续步S20变为活动步，同时S0自动复位为不活动步。第17页，共73页。当S20的STL触点闭合后，该步的负载被驱动，Y0线圈得电。当转换条件X1的常开触点闭合时，转换条件得到满足，下一步的状态继电器S21被置位，同时状态继电器S20被自动复位。要注意，在上述程序中的一系列STL指令之后要有RET指令，意为步进顺控结束，返回主程序。当S21的STL触点闭合后，该步的负载被驱动，Y1线圈得电。当转换条件X2的常

10、开触点闭合时，用“OUT S0指令使S0变为ON并保持，系统返回到初始步。第18页，共73页。1典型工作任务2理论知识平台3工程实施4总结与练习5工程拓展 目 录Contents第19页，共73页。一、程序设计与仿真1通过分析控制要求，分配输入点和输出点，写出I/O通道地址分配表根据液体混合控制系统的控制要求，可确定PLC需要6个输入点，4个输出点，其I/O通道地址分配表见表6-2。表6-2 I/O通道地址分配表输 入输 出元件代号作用输入继电器元件代号作用输出继电器SL2A液面传感器X0YV1A液电磁阀Y0SL1B液面传感器X1YV2B液电磁阀Y1SL3放液液面传感器X2KM搅拌电动机控制Y

11、2SB1启动按钮X3YV3混合液电磁阀Y3SB2停止按钮X4SA单周/周期选择开关X5第20页，共73页。2画出PLC接线图I/O接线图PLC接线图如图6-4所示。图6-4 液体混合自动控制装置I/O接线图第21页，共73页。3程序设计通过分析本工程的控制要求，可将液体自动混合装置的工作过程划分为：原位SB1、进A液体SL2、进B液体SL1、搅拌、放液5步。根据I/O通道地址分配表及工程控制要求，画出本工程控制的顺序功能图。顺序功能图Sequential Function Chart也称状态流程图，简称SFC，在课题五中已有介绍，但在本工程内容中，顺序功能图中的步使用的是状态继电器S。第22页

12、，共73页。表6-3 液体自动混合装置控制工作过程电磁阀和接触器的状态表各步电磁阀YV1、YV2、YV3和接触器KM的状态见表6-3。序号工作过程YV1YV2YV3KM转换主令1原位（停止）SB12进A液体+SL23进B液体+SL14搅拌+T05放液+SL3、T1第23页，共73页。5搅拌电动机工作20 s后：放液。4当液位到达传感器SL1的高度：搅拌机开始搅拌。3当液位到达传感器SL2的高度：进B液体。 2按下SB1：进A液体。1液体自动混合装置初始状态：液体排空。液体自动混合装置的工作过程划分为：6当液面下降到SL3时，SL3由接通变成断开；再过20 s后，容器放空，混合液阀门关闭，返回初

13、始状态开始下一个周期。第24页，共73页。7顺序功能图的绘制 步序确实定整个过程分为5步：原位初始状态、进A液体、进B液体、搅拌、放液。特殊继电器M8002用于初始步激活。继电器S0S13用于表示原位初始状态、进A液体、进B液体、搅拌、放液。 步的绘制根据上述的步序确定进行步的绘制，如图6-5所示。图6-5 步的绘制 第25页，共73页。 转换条件和动作的绘制根据对控制要求的分析，将各步的转换条件和输出继电器的动作在顺序功能图中绘出，如图6-6所示。图6-6 转换条件和动作的绘制第26页，共73页。 初始条件确实定当PLC刚进入程序运行状态时，由于S0的前步S13还未得电，S0也无法得电，其所

14、有的后续步均无法工作。因此刚开始时应该给初始步一个激活信号，且此信号在激活初始步以后就不能再出现，否那么会同时出现两个活动步。第27页，共73页。初始激活信号可以用M8002或其他满足要求的脉冲信号，初始状态确定后，液体混合自动控制装置的顺序功能图就绘制完成了，如图6-7所示。图6-7 液体混合自动控制装置的顺序功能图第28页，共73页。4程序输入及仿真运行本工程的程序输入有别于前面工程所介绍的程序输入方法，它所采用的编程输入是顺序功能图输入法，即SFC块输入法。现通过对本工程的编程来说明SFC块输入法的应用。1程序输入1新工程的建立启动GX Developer编程软件，如图6-8所示，首先选

15、择PLC的类型为“FX2N，在程序类型框内选择“SFC，并在“工程名编辑框内输入“液体混合控制系统，然后单击“确定按钮，进入如图6-9所示的SFC块界面。图6-8 创立新工程第29页，共73页。2程序初始化的建立双击图6-9中块标题里的黑色框，弹出图6-10所示的“块信息设置对话框，在“块标题编辑框内输入“程序初始化，并在“块类型栏中选择“梯形图块，然后单击“执行按钮，进入如图6-11所示的界面。图6-9 进入SFC块界面第30页，共73页。图6-10 “块信息设置对话框图6-11 程序初始化梯形图编程界面第31页，共73页。然后在图6-11所示右边的梯形图编程界面中，输入初始化脉冲指令“M8

16、002及置位指令“SET S0。然后利用“启保停编程方法，输入本工程控制系统的启动、停止和单周周期控制的梯形图，如图6-12所示。图6-12 启动、停止和单周周期控制的梯形图第32页，共73页。双击图6-12所示界面中左侧工程栏中“程序下的“MAIN，出现如图6-13所示的界面。然后双击“块标题栏中的“的黑色框，会出现其“块信息设置对话框。3顺序功能图的输入 顺序功能图SFC块的命名图6-13 SFC块的命名第33页，共73页。在“块标题编辑框内输入“自动混合控制，单击“执行按钮，进入如图6-14所示的界面。图6-14 SFC块的编程界面第34页，共73页。将光标移至图6-14所示界面中的SF

17、C块的第4行，然后双击也可单击工具栏中的 按钮或按下键盘上的快捷键【F5】，弹出图6-15所示的“SFC符号输入对话框，将图标号设置为“STEP，单击“确定按钮完成步符号的输入。图6-15 “SFC符号输入对话框 SFC块的步符号STEP的输入第35页，共73页。 SFC块的转移符号TR的输入将光标移至SFC块的第5行蓝色线条框内，然后双击也可单击工具栏中的 按钮或按下键盘上的快捷键【F5】，弹出“SFC符号输入对话框，如图6-16所示，将图标号设置为“TR，单击“确定按钮，完成转移符号的输入。图6-16 SFC块转移符号的输入第36页，共73页。 运用上述输入法，将本项任务所需的各步和转移符

18、号输入完毕，如图6-17所示。图6-17 步和转移符号输入完成后的SFC界面第37页，共73页。图6-18 SFC块的跳符号的输入图6-19 完整的SFC块输入界面在如图6-17所示界面中，单击工具栏中的 按钮 或者按下键盘上的快捷键【F8】，会出现如图6-18所示的界面。 SFC块的跳符号JUMP的输入然后在“SFC符号输入对话框中“跳JUMP对应的“步属性编辑框内，输入“0，单击“确定按钮，出现完整的SFC块输入界面，如图6-19所示。第38页，共73页。4SFC块各步及转移条件对应的梯形图的输入 启动转移条件梯形图的输入由于启动转移条件是通过辅助继电器KM的常开触点闭合来实现的，因此只要

19、在第一个转移条件中输入辅助继电器KM的常开触点的梯形图即可。第39页，共73页。a单击图6-19界面中第2行的“ 转移位置，出现梯形图编程栏，按照前面工程中所介绍的梯形图根本指令的编程方法，在梯形图编程栏中输入辅助继电器KM的辅助常开触点M0，如图6-20所示。图6-20 启动转移条件梯形图的输入面界一其梯形图的输入过程是：第40页，共73页。b单击工具栏中的“应用指令按钮 或按下键盘上的快捷键【F8】，弹出如图6-21所示的对话框，单击“确定按钮或按回车键。图6-21 启动转移条件梯形图的输入界面二第41页，共73页。c在梯形图的空白位置单击鼠标右键，出现快捷菜单，选择菜单中的“变换C选项或

20、按下快捷键【F4】，启动转移条件的梯形图即可输入完毕，如图6-22所示。图6-22 启动转移条件梯形图的输入界面三第42页，共73页。 驱动A液体电磁阀翻开、流入A液体梯形图的输入首先单击图6-22界面中第4行“ 步的位置，出现梯形图编程栏，然后按照上述梯形图根本指令的编程方法输入输出继电器Y0的线圈，最后按下快捷键【F4】进行梯形图变换，如图6-23所示。图6-23 A液体电磁阀Y0梯形图的输入第43页，共73页。 用上述输入法，输入以流入的A液体到达A液面传感器SL2为转换条件的梯形图，如图6-24所示。图6-24 以流入的A液体到达A液面传感器SL2为转换条件的梯形图的输入第44页，共7

21、3页。 输入驱动B液体电磁阀翻开、流入B液体的梯形图，如图6-25所示。图6-25 B液体电磁阀Y1梯形图的输入第45页，共73页。 输入以流入的B液体到达B液面传感器SL1为转化条件的梯形图，如图6-26所示。图6-26 以流入的B液体到达B液面传感器SL1为转换条件的梯形图的输入第46页，共73页。 输入驱动搅拌机搅拌和定时器控制的梯形图，如图6-27所示。图6-27 驱动搅拌机搅拌和定时器控制梯形图的输入第47页，共73页。 输入以搅拌计时20 s为转换条件的梯形图，如图6-28所示。图6-28 以搅拌计时20 s为转换条件的梯形图的输入第48页，共73页。 输入驱动混合电磁阀翻开和定时

22、器T1延时控制的梯形图，如图6-29所示。图6-29 驱动混合电磁阀翻开和定时器Tl延时控制的梯形图输入画面第49页，共73页。 输入当混合液体流出，液位下降到SL3时，以计时20 s为转换条件的梯形图，如图6-30所示。图6-30 液位下降到SL3时以计时20 s为转换条件的梯形图的输入第50页，共73页。图6-31 “改变程序类型对话框5SFC块向形图的转换SFC块对应的梯形图输入完毕后，单击工具栏中的“程序批量变换编译按钮 。右击左侧工具栏中“程序下的“MAIN，在弹出的快捷菜单中选择“改变程序类型选项，出现如图6-31所示的对话框。第51页，共73页。图6-32 SFC块对应的梯形图操

23、作界面二选择“梯形图逻辑，单击“确定按钮后，双击左侧工程栏中“程序下的“MAIN即出现利用SFC块编程方法转换成的梯形图的界面，如图6-32所示。第52页，共73页。本工程PLC系统控制完整的梯形图如图6-33所示。图6-33 液体混合自动控制装置梯形图第53页，共73页。6由梯形图向指令表的转换单击快捷工具栏中的“梯形图指示表显示切换按钮 ，即可将梯形图转换为指令表，如6-34所示。图6-34 梯形图向指令表转换的界面第54页，共73页。本工程PLC系统控制的完整步进顺控指令表如图6-35所示。图6-35 液体混合自动控制装置的指令表第55页，共73页。2程序下载l将PLC与计算机连接使用专

24、用通信电缆RS232/RS422转换器将PLC的编程接口与计算机的COM1串口连接。2程序写入首先接通系统电源，将PLC的“RUN/STOP开关拨到“STOP的位置，然后通过GX Developer软件中“在线菜单下的“PLC写入，就可以把仿真成功的程序写入到PLC中。第56页，共73页。2安装电路1检查元器件根据图6-2配齐元器件，检查元器件的规格是否符合要求，并用万用表检测元器件是否完好。2固定元器件固定好本工程所需元器件。3配线安装根据配线原那么和工艺要求，进行配线安装。二、线路安装与调试1识读接线图根据I/O接线图了解元件及线路连接。第57页，共73页。3通电调试1经自检无误后，在指导

25、教师的指导下方可通电调试。2首先接通系统电源开关QS，将PLC的“RUN/STOP开关拨到“RUN的位置，然后通过计算机上GX Developer软件中“在线菜单下的“监视“监视模式来监视程序的运行情况，再按照表6-4进行操作，观察系统运行情况并做好记录。4自检对照接线图检查接线是否无误，再使用万用表检测电路的阻值是否与设计相符。假设出现故障，应立即切断电源，检查电路或梯形图，并分析故障原因，排除故障前方可重新进行调试，直到系统功能调试成功为止。第58页，共73页。表6-4 程序调试步骤及运行情况记录表操作步骤操作内容观察内容观察结果思考内容第一步将仿真成功的程序下载到PLC后，合上断路器QS

26、“POWER”灯所有的“IN”灯第二步将“RUN/STOP”开关拨到“RUN”的位置“RUN”灯第三步将“RUN/STOP”开关拨到“STOP”的位置电磁阀YV1、YV2、YV3和接触器KM理解PLC的工作过程第四步将SA拨到周期位置第五步按下SB1第六步按下SL2第七步按下SL1第八步按下SL3第九步将SA拨到单周位置第十步按下SB1第十一步按下SL2第十二步按下SL1第十三步按下SL3第59页，共73页。1典型工作任务2理论知识平台3工程实施4总结与练习5工程拓展 目 录Contents第60页，共73页。1总结总结本工程的实践过程，写出实践报告。2作业1有三个指示灯，按启动按钮后，要求：

27、 第一个指示灯亮10 s后，第二个指示灯再亮； 第二个指示灯亮10 s后，第三个指示灯再亮； 三个指示灯同时亮10 s后，全部熄灭； 10 s后，再开始循环工作。按停止按钮后，指示灯全部熄灭。试设计控制程序。第61页，共73页。2有三台电动机，控制要求为： 按下启动按钮后，M1启动；10 min后，M2自行启动；再过10 min后，M3自行启动。 按下停止按钮后，M3停止运转；8 min后，M2自行停止运转；再过8 min后，M1自行停止运转。运用步进指令编写控制程序，绘出顺序功能图和梯形图，并写出指令语句表。第62页，共73页。3技能拓展有一台车自动往返控制系统的工作示意图，如图6-36所示

28、。其控制要求如下：1按下启动按钮SB0，电动机M正转，台车前进；碰到限位开关SQ1后，电动机M反转，台车后退。2台车后退碰到限位开关SQ2后，电动机M停转，台车停车5 s后，第二次前进，碰到限位开关SQ3，再次后退。3当后退再次碰到限位开关SQ2时，台车停止。图6-36 台车自动往返控制系统的工作示意图第63页，共73页。表6-5 每个工序状态继电器的分配、功能与作用以及转换条件对上述台车自动往返控制系统的控制要求进行分析，可以知道其一个工作周期有5个工序，每个工序状态继电器的分配、功能与作用以及转换条件见表6-5。工 序分配的状态继电器功能与作用转换条件0初始状态S0PLC上电做好准备M80

29、021第一次前进S20驱动输出线圈Y1，M正转X0（SB0）2第一次后退S21驱动输出线圈Y2，M反转X1（SQ1） 3暂停5 sS22驱动定时器T0延时5 sX2（SQ2）4第二次前进S23驱动输出线圈Y1，M正转T05第二次后退S24驱动输出线圈Y2，M反转X3（SQ3）第64页，共73页。试将图6-37所示的顺序功能图转换成梯形图，并写出指令语句表。根据表6-5可设计其顺序功能图，如图6-37所示。图6-37 台车自动往返控制系统顺序功能图第65页，共73页。1典型工作任务2理论知识平台3工程实施4总结与练习5工程拓展 目 录Contents第66页，共73页。顺序功能图编程的本卷须知1栈操作指令在STL图中的使用在STL触点后不可以直接使用MPS栈操作指令，需要引入LD或LDI指令，将栈操作指令用于其后，如图6-38所示。图6-38 栈操作指令在STL图中的使用第67页，共73页。2OUT指令在STL图中的使用OUT指令和SET指令对STL指令后的状态继电器具有相同的功能，都会将原来的活动步对应的状态继电器自动复位。但在STL图中，别离状态非相连状态的转移必须使用OUT指令，如图6-39所示。图6-39 OUT指令在ST